Літаючі тарілки давно стали частиною популярної культури та об’єктом наукових дискусій. Чи можуть апарати у формі диска, відомі з повідомлень про НЛО, стати реальністю сучасної авіації? На перший погляд, ідея «літаючої тарілки» інтригує: диск має симетричну форму та потенційно може злітати вертикально, швидко маневрувати й навіть переходити до горизонтального польоту. «Літаючі тарілки незабаром можуть стати більше фактом, ніж науковою фантастикою», — писало авторитетне видання Pshy.org ще 2008 року.
Цією статтею ми започатковуємо серію «Як створити НЛО». Тут розглянемо, наскільки науково обґрунтованою є концепція дископодібних літальних апаратів. Ми проведемо історичний огляд ранніх спроб створити такі апарати, проаналізуємо сучасні розробки, розглянемо ключові події та спробуємо відокремити факти від міфів.
Огляд історичних спроб
Ідея літальних апаратів у формі диска зародилася задовго до появи перших повідомлень про НЛО. Ще в 1930-х роках румунський інженер Анрі Коанда, відомий відкриттям ефекту Коанда, експериментував із концепцією lenticular aerodyne — літака з дископодібним корпусом. У роки Другої світової війни в Німеччині також велися роботи над незвичними літальними апаратами, але на випробуваннях вони так і не зуміли піднятися в повітря.
У повоєнні роки ідею дископодібних апаратів підхопили у Північній Америці. Компанія Avro Canada у співпраці з ВПС США розробляла секретний проєкт VZ-9 Avrocar — дископодібний літальний апарат вертикального зльоту і приземлення (VTOL). Avrocar мав діаметр близько 5,5 м і оснащувався центральним турбовентиляторним двигуном. Конструктори прагнули використати ефект Коанда — струмінь газів від турбіни спрямовувався до периферії диска і згинався вниз уздовж його ободу, створюючи під собою кільцеву «повітряну подушку» для підйому. На малих висотах апарат мав буквально висіти на цій повітряній подушці, як на «повітряному скегу» (air skeg), а під час розгону — переходити до горизонтального польоту, де весь диск працював би як крило.
У листопаді 1959 року Avrocar вперше піднявся над землею, але згодом з’ясувалося, що апарат страждає на серйозні проблеми стійкості та тяги. За межами режиму висіння на малій висоті (ефекту повітряної подушки) його починало сильно хитати; явище отримало назву «ефект перекинутої тарілки», коли диск неконтрольовано розгойдувався, наче монета, що обертається на ребрі. Випробування показали: варто Avrocar піднятися лише на кілька футів, як повітряна подушка втрачала стійкість. Літальний апарат так і не досяг високих швидкостей чи стабільного польоту. Попри низку технічних рішень (зокрема, додавання гіроскопічної стабілізації вентилятора та спроби оснастити диск невеликими кілями), проблему повністю не вирішили. У 1961 році програма Avrocar була закрита. Отже, історичні спроби створити пілотовані «літаючі тарілки» у США і Німеччині або не виходили за межі прототипів, або завершувалися невдачею. Однак вони дали інженерам цінний досвід і розуміння труднощів, пов’язаних із такою конфігурацією.
Сучасні розробки
Попри невдачі минулого, інтерес до дископодібних апаратів не зник. Сьогодні інженери, спираючись на нові технології, повертаються до концепції «літаючої тарілки». Один із найвідоміших сучасних проєктів належить професору Університету Флориди Субраті Рою. У 2006 році він запропонував концепцію так званого Wingless Electromagnetic Air Vehicle (WEAV) — безкрилого електромагнітного літального апарата дископодібної форми. Апарат Роя, діаметром лише ~15 см, здатен самостійно створювати підйомну силу, зависати й рухатися без жодних рухомих частин. Ця «мінілітаюча тарілка» приводиться в дію не традиційними пропелерами чи реактивною тягою, а за допомогою плазми. Поверхня диска вкривається масивом крихітних електродів, які під високою напругою (десятки кіловольт) іонізують навколишнє повітря. Виникає іонний вітер — струмінь зарядженого повітря, що прискорюється електричним полем (принцип електрогідродинаміки). Ці потоки «накачують» повітря навколо апарата, створюючи циркуляцію: повітря засмоктується зверху і викидається горизонтально та вниз по краях диска.
На схемі стрілками позначені основні векторні сили:
- W (Weight) — вага апарата, спрямована донизу.
- T (Thrust) — тяга, що спрямована вертикально вгору.
- F (Forward Force) — сила, спрямована вперед (для поступального руху).
- D (Drag) — сила опору, яка зазвичай діє протилежно до напрямку руху.
- Бежева «спіраль» у центрі вказує на циркуляцію заряджених частинок або магнітне поле всередині.
За рахунок такого струменевого обтікання диск отримує підйомну силу і може левітувати. Закручені плазмовим приводом потоки повітря одночасно генерують тягу, підйом і стабілізують апарат проти поривів вітру. Важливо, що WEAV Роя не має жодних механічних рулів чи пропелерів — усі функції керування виконує електроніка, змінюючи режим роботи груп електродів. Така активна аеродинаміка дозволяє дуже швидко реагувати на зміну потоків і утримувати стабільність. Проєкт професора Роя привернув увагу ВПС США та NASA. Хоча наразі демонстраційний зразок має невеликий розмір (15 см) і може піднімати лише власну вагу на кілька сантиметрів, розрахунки показують можливість масштабування технології. У майбутньому такі плазмові «тарілки» теоретично можна зробити більшими й потужнішими, перетворивши їх на безшумні розвідницькі дрони, а можливо, і на пілотовані апарати.
Ще один цікавий сучасний експеримент — румунський проєкт ADIFO (All-Directional Flying Object), представлений інженерами Разваном Сабіє та Йосифом Тепосу у 2019 році. ADIFO — це безпілотний дископодібний апарат ~1,2 м у діаметрі, який здатний виконувати вертикальний зліт / посадку і плавно переходити до горизонтального польоту. Інженери пояснюють, що обрали форму диска не через «моду на НЛО», а керуючись біомімікрією* — профіль ADIFO нагадує перетин тулуба дельфіна, оптимізований для обтікання. Апарат оснащений чотирма горизонтально встановленими канальними вентиляторами (як у квадрокоптера) для режиму зависання та малої швидкості. Для горизонтального польоту на борту є два реактивні двигуни зі штовхаючими соплами, розміщеними позаду диска. Ці двигуни можуть відхиляти вектор тяги, що забезпечує високу маневреність. Крім того, по боках диска встановлено невеликі сопла для швидких бічних переміщень та поворотів навколо осі. Така комбінація систем дає змогу ADIFO рухатися у будь-якому напрямку і швидко змінювати режим польоту.
* Біомімікрія — прикладна наука про застосування ідеї з природи для створення технологій, матеріалів або дизайну. Наприклад, липучки Velcro придумали, спостерігаючи за реп’яхами.
Творці ADIFO стверджують, що їхній диск у повному масштабі зможе реалізувати нову парадигму польоту. За розрахунками Сабіє, форма диска має природні переваги на надзвукових швидкостях: «Unusual shape is ‘natural born’ for supersonic flight», — каже він. На його думку, обтічний дископодібний корпус потенційно зменшує ударні хвилі* і, відповідно, може уникнути гучного звукового удару під час проходження звукового бар’єра. ADIFO, за описом, зможе виконувати різкі маневри — раптові бічні ривки, миттєві розвороти — й при цьому плавно переходити від дозвукового до надзвукового польоту. Поки що всі ці твердження базуються на результатах чисельного моделювання та випробувань зменшеної моделі, але якщо проєкт розвинеться, він може втілити багато ідей, про які раніше тільки мріяли розробники «літаючих тарілок».
*Ударні хвилі в аеродинаміці — це різкі зміни тиску, температури та щільності повітря, які виникають, коли об’єкт рухається швидше за швидкість звуку.
Окрім проєктів Роя та ADIFO, у світі з’являються й інші розробки дископодібних БПЛА. Наприклад, американський стартап ZEVA Aero створює одномісний електричний апарат ZEVA Zero — дископодібний eVTOL (літак з електричним вертикальним зльотом і посадкою), який злітає вертикально як тарілка, а в польоті лягає боком і летить як крило, розвиваючи швидкість до ~257 км/год.
Різні аматори та дослідники також експериментують з кільцевими крилами (annular wings) та круглими БПЛА типу Geobat. Тому можна сказати, що ми живемо в час, коли концепція «літаючої тарілки» переживає друге народження — уже на основі новітніх технологій і матеріалів.
Аналізуючи історію, ми бачимо, що всі спроби створення дископодібних літальних апаратів натрапляли на серйозні труднощі. Попри сміливі ідеї та інноваційні підходи, жоден із проєктів поки не досяг успіху: через проблеми стабільності, керованості та аеродинаміки. Але чому саме тарілкоподібна форма виявилася настільки складною для реалізації? Чи є в неї фундаментальні недоліки, які не дозволяють літати ефективно? Щоб розібратися в цьому, слід заглибитись в аеродинамічні аспекти цієї форми.
Читайте про це у наступній частині.
